机械毕业设计（论文）-缸头两面钻孔专机设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 缸头两面钻孔专机设计缸头两面钻孔专机设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 缸头两面钻 孔专机设计 是本人在导师的指导下独 立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中 特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文） 不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 91 学 号： 0923003 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 缸头两面钻孔专机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 随着工业生产规模化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化 的步伐的加快，在进行工件加工时，要求考虑使用专用机床和夹具。 组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备,目前,由 于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因 而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。 某企业因生产发展需要，拟开发缸头两面钻镗专机，因此选定缸头两 面钻孔专机设计为本次设计课题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 设计原始参数； 依据原始参数绘制零件工序图及零件加工示意图； 完成满足生产需要的工程设计图一套（折合零号图 3 张），包括机 II 床夹具设计、组合机床总体设计、组合机床多轴箱设计； 编译设计说明书一份； 完成英文翻译资料一份。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 91 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 本课题是研究一台对缸头进行加工的两面精镗组合机床，主要是对组合机床的总体 结构、夹具和多轴箱的设计。首先概括了组合机床的发展，阐述了组合机床的低成本、 高效率、操作使用简单等优点。然后是机床夹具的设计，采用“一面两销”的定位方式， 使定位更准确；通过误差分析，夹紧力计算等确定夹具的总体结构。其次是对组合机床 的设计，关键是工艺方案的拟定，这大体决定组合机床的配置形式和使用性能，然后编 制“三图一卡”。最后是多轴箱的设计，通过工件的尺寸和加工孔的位置计算出主轴箱 的轮廓尺寸；根据扭矩的计算得出主轴和传动轴的直径；通过类比法确定齿轮的模数； 通过“计算、作图和多次试凑”确定齿轮齿数和中间传动轴的位置。在总体设计过程中， 首先通过计算所需功率选择动力箱，然后根据主轴的分布情况选用多轴箱；之后根据动 力箱和加工行程图来选择液压滑台，再由液压滑台选用配套的多轴箱；再配合装料高度、 滑台、侧底座相互位置等来确定中间底座的高度和长度。 关键词：关键词：组合机床；精镗；缸头；多轴箱 IV Abstract This topic is the study of a station on both sides of the cylinder head for processing fine boring combination machine, mainly on the overall structure of machine tool, fixtures, and multi-axle design. Firstly, this paper outlines the development of combined machine, explians its feature is low-cost, high efficiency, and with simple operation etc. Then tells the machine tool fixture design, the use of “locating a surface with two pins“ positioning ways to make more accurate positioning; through error analysis, fixture clamping force calculation to determine the overall structure. Secondly, the design is a combination machine, the key is the program development process, which largely determines the form of combination machine configuration and performance, and the preparation of “the three charts card“. Finally, the research is about multi-axle design, size and processing through the workpiece hole position calculated headstock outline dimensions; calculated according to the torque shaft and shaft diameter; determined by analogy gear modulus; through the “Calculation , mapping and repeated trial and error “OK gear and intermediate shaft position. In the overall design process, first select the required power by calculating the power box, and then choose the distribution of multi-spindle axle; after power box and processed according to the choice of hydraulic travel diagram slide, and then the hydraulic multi-slide supporting optional axle; together with loading height, slide, side stand each other to determine the location of the middle of the base of the height and length. Key words: Aombination machine; Boring; Cylinder head; Multi-spindle box V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目录.IV 1 绪论.1 1.1 本课题的研究内容和意义1 1.2 国内外的发展概况1 1.3 本课题应达到的要求1 2 设计方案的确定.2 2.1 工件的大小、形状和加工部分的特点2 2.2 生产率的影响2 2.3 经济性与可靠性2 3 专用夹具的设计3 3.1 夹具的功用与组成3 3.2 夹具的设计3 3.2.1 调研分析.3 3.2.2 确定工件定位方式.3 3.2.3 确定工件加紧方式.4 3.2.4 必要的加工精度计算及分析.4 3.2.5 夹紧力计算、分析.4 4 组合机床总体设计.6 4.1 组合机床的组成6 4.1.1 组合机床的特点.6 4.1.2 组合机床的工艺范围.6 4.1.3 组合机床配置型式.6 4.1.4 组合机床的设计步骤.7 4.2 组合机床工艺方案的确定7 4.2.1 组合机床工艺方案的基本原则.7 4.2.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题.7 4.2.3 工艺方案的拟订.8 4.2.4 工序间余量的确定.8 4.2.5 刀具结构的选择.9 4.3 切削用量的确定9 4.3.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题.9 4.3.2 组合机床切削用量选择方法及应注意的问题.9 4.3.3 确定切削速度和切削用量.9 4.3.4 切削力、切削转矩、切削功率.10 4.3.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度.10 VI 4.3.6 动力部件工作循环及行程的确定.11 4.4 组合机床总体设计“三图一卡”11 4.4.1 被加工零件工序图.11 4.4.2 绘制加工零件工序图.12 4.4.3 加工示意图.13 4.4.4 机床联系尺寸图.16 5 组合机床多轴箱的设计.22 5.1 多轴箱的基本结构及表达式22 5.1.1 多轴箱的组成22 5.1.2 多轴箱总图绘制方法特点22 5.2 通用多轴箱设计22 5.2.1 绘制多轴箱设计原始依据图22 5.2.2 主轴、齿轮的确定及动力计算23 5.2.3 多轴箱传动设计25 5.2.4 绘制多轴箱总图及零件图28 6 结论与展望.30 6.1 结论30 6.2 不足之处及未来展望30 致 谢.31 参考文献.32 附 录.33 缸头两面钻孔专机设计 1 1 绪论绪论 毕业设计是我们结束大学生涯一个重要的部分，检验一个学生的综合能力的重要举 措，是我们在校期间专业考核的重要环节。通过系统的运用基础知识、基本技能以及设 计能力、逻辑分析能力调查研究、查阅文献、收集资料、撰写论文等各方面能力进行的 综合设计的过程，使我们重温了大学所学习的大部分内容，将所学习的理论知识和现实 设计生产做了初步尝试性的结合。 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 此项设计的主要任务是钻缸体两个直径5的侧孔和2个直径10的底孔专机总体设计、 多轴箱及专用夹具设计。内容包括：机床夹具的设计，组合机床总体设计，组合机床多 轴箱设计，编写毕业设计论文。在这次设计任务对缸体钻孔的专机。所以设计时对机床 的精度的要求还是很高的，在保证机床的精度上才能保证所要加工孔的精度。在设计多 轴箱时要注意，因为在组合机床的诸多零件中，主轴箱是组合机床设计过程中工作量最 大的部件。因为通常主轴箱是采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，各传动轴必须 在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置并避免干涉，而各轴的设计又必须保证其 转速、旋向、强度和刚度，因此难度大、设计周期长。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 随着工业生产社会化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，在 进行工件加工时，为了降低成本和提高生产率，要求考虑使用专用机床和夹具。 组合机床发展前景:美国机床市场中组合机床所占的份额将会有所下降，其他一些工 业发达国家也大体是如此。从柔件方面看，组合机床与柔性制造系统的目标是一致的， 但在柔性化程度上毕竟组合机床还是受到一定的制约，两者相互靠拢，也有可能融合成 为一种新的加工设备。 在我国由于汽车工业还会有较大的发展，而在资金上，不可能大量采用柔性制造设 备，所以组合机床市场还会行进一步的增张。但目前汽车都是一些引进外外的产品，技 术要求较高，国内组合机床短时期内尚不能满足这些高技术要求。因此中国组合机床生 产厂面临国外工厂的竞争，需要进一步提高质量和精度，否则在竞争中将会有挤垮的危 险。 组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展的今天， 由于基础薄弱，从整体上看，与国外先进水平还存在着一定的差距。国外组合机床技术 在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展，实现了机床 工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多种功能的自动监控。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 此项设计是专机的设计但是在保证使用条件下仍才采用了很多通用部件，这样可以 降低成本，所以这次设计的任务主要是设计专用夹具和多轴箱，专机的一些部件等等。 熟悉组合机床通用部件和专用部件的选用；完成绘制组合机床的尺寸联系图、多轴箱图 和夹具设计图及零件图；编制说明书一份；熟练运用CAD等制图软件。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 设计方案的确定设计方案的确定 根据工件的结构特点，是一个回转体，考虑定位基准和设计基准的重合的原则，选 择一面和两个的孔作为定位基准，定位基准定了，组合机床的总体布置大体上也就定8 了。但是在确定机床总体布置时，还要考虑其他的一些因素的影响。 2.1 工件的大小、形状和加工部分的特点工件的大小、形状和加工部分的特点 对于 2 面同时加工的工件，宜采用双工位的机床，以此来提高加工效率；对于小直 径深孔的工件，通常采用专门的深孔加工的机床；对于被加工孔的中心线与定位基准平 行，或需从几个面同时加工的工件，一般采用卧式机床；对于被加工孔的中心线与定位 基准垂直的工件，一般采用立式机床，但是在采用这些原则时也要根据机床的使用条件 来综合考虑。根据上述原则和缸体的特点，故采用卧式组合机床。 2.2 生产率的影响生产率的影响 零件的生产批量的大小是决定采用单工位、多工位或者自动线，还是按中小批量生 产特点来设计组合机床的重要因素。有时从工件的外行及轮廓尺寸上看，可采用单工位 固定夹具的机床布置形式，但是由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的机床布置 方案，以便使装卸工件时间和机动时间重合。对于这个缸体的生产纲领：2 万/年；单班 制。是小批量的生产采用了单工位固定夹具的组合机床。机床使用方便性和自动化程度 分析比较时一定要与生产率相适应，不应过分追求机床的自动化程度。生产率高、节拍 短，则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便，这样使用才有方便性。 2.3 经济性与可靠性经济性与可靠性 在满足加工要求的前提下，机床避免使用复杂刀具，力求简单和较高的通用化程度。 这样可以降低机床成本，提高工作可靠性。有两点要注意： 1）应根据加工精度的需要选择相应精度等级的通用部件。 2）应根据生产率要求合理安排工艺流程，均衡负荷，使机床数量少，机床利用率高 （机床利用率不应低于 50%） ，以取得好的经济效果1。 把组合机床的总体设计定下来后，再设计其中的零部件时根据机床的特点进行选择。 缸头钻孔夹具设计 3 3 专用夹具的设计专用夹具的设计 3.1 夹具的功用与组成夹具的功用与组成 夹具是在机床上加工零件时使用的一种工艺装备，其主要功用时实现工件的定位和 夹紧，使得工件加工时相对机床、刀具有正确地位置，以保证工件的加工质量和生产率 的要求。 夹具通常由定位元件或装置、夹紧元件或装置、夹具体、对刀和导引元件、分度元 件或装置、动力元件或装置以及其他元件或装置（如定位键及有关零部件）等组成2。 夹具设计时常用的零部件已有国家标准或部颁标准。 3.2 夹具的设计夹具的设计 3.2.1 调研分析调研分析 1）工件生产纲领、生产类型分析； 2）工件加工工艺方案分析，工件结构、精度特点分析； 3）机床设计情况分析； 4）夹具操作要求分析； 工件尺寸如图 3.1。 图 3.1 工件尺寸图 无锡太湖学院学士学位论文 4 3.2.2 确定工件定位方式确定工件定位方式 由图上可知，定位基准是 A 面和 2 个 8 的孔。所以，定位方式选用一面两销式。两 销为一圆柱式定位销和一菱形式定位销。 3.2.3 确定工件加紧方式确定工件加紧方式 一面两销确定了 6 个方向的自由度，用压板压紧工件，用螺栓把钻模板与夹具体连 接。 3.2.4 必要的加工精度计算及分析必要的加工精度计算及分析 保证工件的加工精度是能够得到合格工件的前提条件，而影响工件加工精度的因素 很多，一般影响加工精度是因为各种误差的存在，主要有：定位误差、夹紧误差、夹具 的安装误差、导向对刀误差、工艺系统误差等。其中夹具采用合理的定位、夹紧方案， 选择合适的定位、夹紧元件，确定合适的尺寸、形位公差，保证工件的加工精度要求。 定位误差是由于工件在夹具中定位不准确引起的加工误差。引起定位误差的原因， 一是由定位基准和工序基准不重合，叫基准不重合误差；另一种是由于定位基准在夹具 中定位不一致，叫定位基准位移误差。 本夹具的定位基准与设计基准一致，基准不重合误差为零。基准位移误差为 0.03mm。所以其定位误差为 0.03mm。 夹具制造与安装误差 该项误差包括：钻套与衬套的配合间隙，由配合尺寸 H7/h6 可确定其最大间隙为 0.029mm。钻套孔与外圆的同轴度误差此处取为 0.01mm。 刀具引偏量 采用钻套引导刀具时，刀具引偏量3公式： （3.1） H Bh H e ) 2 ( 式中： e- 刀具引偏量； H-钻套高度； h-排削间隙； B-钻孔深度； -刀具与钻套之间的最大间隙； 本夹具钻套与钻头的配合取 H7/h6，可确定mm，将02 . 0 H=23mm，h=10mm，B=24.25mm,代入上式： =（23/2+24.25+8）x0.02/23=0.039mm H Bh H e ) 2 ( 该值略大于零件相应公差的三分之二，夹具可以使用。 3.2.5 夹紧力计算、分析夹紧力计算、分析 由于夹紧力与轴向力的方向相反，所以夹紧力至少要大于轴向力，轴向力的公式4： F= 4 2C dfK 多轴箱 n i F 1 F f x F Y F 式中 Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为 N。 C = 418.89 X = 1 Y = 0.8 K = 250 F f FF 6 . 0 计算得 F = 432.6N 多轴箱 缸头钻孔夹具设计 5 所以夹紧力为 F/2 = 216.3N 多轴箱 1）确定对刀或导引方式；在钻床上的主要引导装置为钻套，其借助引导装置提高被 加工零件的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生产，且选 用可换钻套将引起钻套间的相碰，所以我选择固定式钻套。钻套与钻模板之间配合为 H7/r6。 2）确定夹具总体结构，协调各装置；如图 3.2。 图 3.2 夹具装配图 无锡太湖学院学士学位论文 6 4 组合机床总体设计组合机床总体设计 4.1 组合机床的组成组合机床的组成 组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的 一种高效专用机床。 组合机床通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助 部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削 头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件， 有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件 或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮 和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电 气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 4.1.1 组合机床的特点组合机床的特点 1、组合机床对于普通机床的优点在于更适合棱体类零件和杂件的孔面加工。 2、生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。 3、加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用零件、精密夹具和自动工作循 环来保证加工精度的一致性。 4、研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准 化程度高，通用零件占 70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。 5、自动化程度高，劳动强度低。 6、配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和 少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床或生产线；机床易于改装；产品或工艺变化 时，通用部件一般还可以重复利用5。 4.1.2 组合机床的工艺范围组合机床的工艺范围 组合机床加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运 动进行平面加工和孔加工两大类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面等； 孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合 自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛 光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类 及打印等非切削工艺。 4.1.3 组合机床配置型式组合机床配置型式 组合机床的通用件部件分大型和小型两大类。所以大型组合机床和小型组合机床在 结构和配置型式有较大的差别。 大型组合机床的配置型式多种多样，根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工 位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4 种， 通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复 工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4 种6，能对加工部位进行多次加工。 小型组合机床的配置型式可分为单工位和多工位两大类等。 缸头钻孔夹具设计 7 本次设计的是单工位、单面、卧式的大型组合机床。 4.1.4 组合机床的设计步骤组合机床的设计步骤 组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。我所做的课题就 是这样的。 1、 调查研究主要是对加工图样研究和工厂实际情况的调查研究； 2、总体方案设计，就是编制“三图一卡” ； 3、技术设计就是设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具，多轴箱等； 工作设计即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组 合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则， 结合组合机床常用工艺方法，充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟定出先进、 合理、经济、可靠的工艺方案。 4.2 组合机床工艺方案的确定组合机床工艺方案的确定 4.2.1 组合机床工艺方案的基本原则组合机床工艺方案的基本原则 1、粗细加工分开原则 粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形。较大夹紧压力引起的工件变形以及 切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟定 工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。 2、工序集中原则 工序集中时近代机械加工主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展而来 的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个共建的不同表面 的复杂工艺过程，从而有效地提高生产率。因此，拟定工艺方案时，在保证工件质量和 操作维修方面的前提下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节 省人力，取得理想的效果。但是，工序过于集中会使机床结构台复杂，增加机床设计和 制造难度，机床使用调整不便，甚至影响机床是使用性能。如刀具数过多，停机率增加， 反而会影响机床生产率，切削负载过大，当工件刚性不足而产生变形会影响工件质量。 因此须全面分析多方因素，合理决定工序集中程度。考虑的一般原则有如下两个方面： 一是适当考虑相同类型工序的集中；二是有相对位置精度要求的工序应集中加工。 4.2.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题确定组合机床工艺方案应注意的问题 1、按一般原则拟定工艺方案时的一些限制 （1）孔间中心距的限制：根据切削扭矩计算要求，主轴轴颈和轴承外径有一最小许 用尺寸；对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制；对于镗孔，要考虑 浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴机构尺寸限制。所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一 工位进行加工，要受各类主轴允许的最小中心距限制。 （2）工件结构工艺性不好的限制：有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同 轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。又如多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装 置，孔中心离箱体侧壁间距离也应足够7。 2、其他应注意的问题 无锡太湖学院学士学位论文 8 （1）精镗孔时用注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。 （2）对互相结合的量壳体零件，均应分别从截获面加工联接孔。 （3）钻阶梯孔时，应先钻大孔后钻小孔。 （4）平面一般采用铣削加工。 （5）在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加 工集中在所有粗加工之后，以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。 4.2.3 工艺方案的拟订工艺方案的拟订 拟订专用机床工艺方案的一般步骤如下： 1、分析、研究加工要求和现场工艺 在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途 及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查 分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率 情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。 本设计所加工的是缸体，属于箱体类零件，其结构不是很复杂，加工不是很困难。 我所加工的是两个侧面上的钻孔都属于普通级别，生产纲领是 2 万件/年，单班制，属于 小批量生产。因此可以采用组合机床来进行生产。本次设计专用钻夹具，因为是工业生 产，要求操作简单迅速，故采用较简单的手动夹紧方式。 2、定位基准和夹压部位的选择 正确选择定位基准和夹紧部位时保证加工精度的重要条件。 本设计采用一面两孔的定位方案来保证此钻孔的加工精度，则选择 2-8 的孔和其所 在的下底面平面作为定位基准。它们又是设计基准，用他们做定位基准，能使加工遵循 “基准重合”的原则，保证工艺基准和设计基准的重合。实现箱体零件“一面两孔”的 典型定位方式。夹紧位置选择在有足够的夹紧力下箱体产生变形最小的部位。 3、影响工艺方案的主要因素 （1）加工的工序内容和加工精度:我所加工的是钻孔，工序上有具体的公差要求。 （2）被加工零件的特点。 工件材料及硬度: 材料 ZL108，硬度为 HB40-60。 加工部位的构造形状: 分别为底面上的 2 个 10 孔和侧面 2 个 5 孔。 工件的刚性:满足要求。 零件的生产批量: 生产纲领是 2 万件/年，单班制。 使用厂后方车间的制造能力：可以胜任。 4.2.4 工序间余量的确定工序间余量的确定 钻 2 个 10 的孔，应粗加工 9.2 的孔。在钻 2 个 5 的孔应该先粗加工 4.2 的孔。 4.2.5 刀具结构的选择刀具结构的选择 钻孔：选择高速钢锥柄长麻花钻。高速钢的优点是：强度、韧性和工艺性能好，且 价格便宜。 4.3 切削用量的确定切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。 缸头钻孔夹具设计 9 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型 式即工作可靠性均有较大的影响。 4.3.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 1、组合机床切削用量选择的特点 1)组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间的消耗，保证机床的生产 率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。 2)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀 具的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 2、组合机床切削用量选择方法及应注意的问题 目前常用查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺试验确定切削用量。组合 机床加工孔、平面及螺纹的常用切削用量都要查一般的手册。确定切削用量时用注意以 下问题。 1）应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。 2）复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用受命。 3）多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时（刀头处于同一角度位置进入或退出工件 孔） ，各镗轴转速应相等或成整数倍。 4）选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。 5）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。 4.3.2 确定切削速度和切削用量确定切削速度和切削用量 1、钻孔： 2-5mm 加工材料：HT250 工序：侧面钻孔。 查高速钢钻头切削用量表得： 加工直径 5 mm，布氏硬度为 180-220 的孔： 切削速度为 10-18m/min， 取 18m/min； 进给量为 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 d=孔深/直径=24.25/5=4.8 因为深孔钻削切削用量需要递减，根据深孔钻削切削用量递减表得： 所以， 实际切削速度为：v=0.718=12.6m/min 实际进给量为：0.90.08=0.072mm/r 2、钻孔： 2-10mm 加工材料：HT250 工序：顶面钻孔。 查高速钢钻头切削用量表得： 加工直径 10 mm，布氏硬度为 180-220 的孔： 切削速度为 18-25m/min， 取 18m/min； 进给量为 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 无锡太湖学院学士学位论文 10 d=孔深/直径=24.25/5=4.8 因为深孔钻削切削用量需要递减，根据深孔钻削切削用量递减表得： 所以， 实际切削速度为：v=0.718=12.6m/min 实际进给量为：0.90.08=0.072mm/r 4.3.3 切削力、切削转矩、切削功率切削力、切削转矩、切削功率 钻孔计算8： 加工孔：5 和 10 取钻 5mm 孔的切削速度 v=12.6m/min，由此算出转速为 1000v/(d)=(100012.6)/(3.145.2)=894r/min n 按机床实际转速取 n=1000r/min，则实际切削速度为 (10003.145.2)/1000=16.33m/min v 工进速度 vf =nf=10000.072=72mm/min HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7 F=26Df0.8HB0.6=265.20.0720.8206.70.6=403.7N T=10D1.9f0.8HB0.6=105.21.90.0720.8206.70.6=685.3Nmm P=（Tv）/(9550D)=（685.316.33）/（95503.145.2）=0.0717kW d主轴直径（mm） ； 切削速度（m/min） ； v T扭矩（） ； mmN f每转进给量（mm/r） ； P切削功率（kW） ； HB布氏硬度； D钻头直径（mm） 。 4.3.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要根据工艺的方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。我在设计中采用 的是下列公式来确定主轴的： 1) 钻 5 的孔 d=B （4.1）10 4 T 查得 B=6.2 则 d=Bmm84.17 10 3 . 685 4 所以轴的直径选择为 20mm。 进行轴的校核： W=0.2d3 =0.2 203 =67510-9 =T/ W =(10 684.70.001)/(675 10-9 )=10.14MPa =40 MPa 满足要求。 缸头钻孔夹具设计 11 D/d1=25/16,L=85mm，接杆莫氏圆锥号 19。 4.3.5 动力部件工作循环及行程的确定动力部件工作循环及行程的确定 工作进给长度的确定： L工=L1 +L+L2 切入长度 L1取 10mm 切出长度 L2取 9.75mm L 为 24.25 mm 则 L工 =24.25 +10+9.75=48 mm 因此取 L工=70mm 钻头快进距离为 50mm 则取快退距离为 120 mm 前备刀量为 20 mm，后备刀量为 30 mm 前备刀量动力部件尚可向前调节的距离，作用是为了弥补机床的制造误差以及刀 具磨损后能向前调整。 后备刀量刀具从接杠中或连接杠同刀具一起从主轴孔中得出所需要的轴向距离， 作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便装卸刀具。 动力部件总行程的确定：120+20+30 = 170 （mm） 所以动力部件的总行程为 170 mm 4.4 组合机床总体设计组合机床总体设计“三图一卡三图一卡” 绘制组合机床“三图一卡” ，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上， 进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意 图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。 4.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图的作用与内容 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上 完成的工艺内容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、 夹紧部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况 的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整 和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是被加工零件图基础上，突出本机床或 生产线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。 其内容主要包括： (1)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺 寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结 构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 (2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定 位、夹紧和导向等机构设计。 (3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工 序的技术要求。 (4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 无锡太湖学院学士学位论文 12 4.4.2 绘制加工零件工序图绘制加工零件工序图 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度，以及在所 加工的组合机床设计上完成工艺内容和所采取的的定位基准、夹具点的图纸。它是组合 机床的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。 1、绘制被加工零件工序图的规定： 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的 比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及 位置尺寸数值下方画“”粗实线，其余部件用细实线表示；定位基准符号用， 并用下标数表明消除自由度数量（如） ；夹紧位置符号用。 2、绘制被加工零件工序图注意事项： （1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与 设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算成 对称公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注，其余各孔则 以该孔为基准标注。 （2）对毛坯应有要求，对孔加工余量要认真分析。 （3）当本工序有特殊要求时必须注明。 （4）工序图上应该标住被加工零件的名称、编号、材料、硬度及其被加工部位的加 上余量。 （5）加工时需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位结构和尺寸，以便 检查工件、夹具、刀具之间是否干涉。 3、缸体加工工序图的绘制 我所加工零件是方型缸体，在其底侧面上钻孔。绘制加工示意图主要是把要钻的孔 的位置表达出来，用两个视图足以表达清楚。另外，再标上尺寸、定位基准、尺寸标注、 夹压部位及夹紧方向、精度、表面粗糙度、形位公差、硬度等内容。如图 4.1。 缸头钻孔夹具设计 13 图 4.1 缸体加工工序图 4.4.3 加工示意图加工示意图 1、加工示意图的作用和内容 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方 案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统 以及选择动力部件、绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的 原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作 行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、 尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆（包括镗杆） 、浮动 卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合、刀具、接杆、 主轴之间的连接方式及配合尺寸等。如图 4.2。 2、绘制加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面 粗糙度画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱 上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。 一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向 装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是 否互相干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画终了位置。对于采用浮动卡头的镗孔刀 无锡太湖学院学士学位论文 14 杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标 出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓，但必须加注规格代号；对一些专用的刀具、 导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合 及精度。 当轴数较多时，加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图，并在孔 旁标明相应号码，以便于设计和调整机床。多面多工位机床的加工示意图一定要分工位， 按每个工位的加工内容顺序进行绘制。并应画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置示意 图，以便清楚地看出工件及在不同工位与相应多轴箱主轴的相应位置。 3、选择刀具有关计算 （1）刀具的选择 选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求10。只要 条件允许，应尽量选用标准刀具。 （2）标注联系尺寸 主要标注从铣刀的铣削头到被加工面尺寸、铣刀尺寸、铣刀夹头尺寸和必要的定位 等尺寸。 （3）标注切削用量 其内容主要有钻头的转速 n，切削速度 v，进给量 f。 （4）动力部件工作循环及行程确定 铣刀的进刀、工进、退刀、快退的一个循环行程的计算。 （5）其他应注意事项 加工示意图应于机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。图 中尺寸应标注完整，尤其是从铣削头至铣刀刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程 和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。加工示意图应有 必要的说明。如加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷 却液及其他的工艺要求等。 4、零件加工示意图的绘制 我所绘制的内容主要有要加工的平面和所用的钻头和丝锥。此外，还要标注它们与 被加工表面的联系尺寸、它们的切削用量、工作循环和工作行程等内容。而具体的数值 计算前面已算好，此处不再重复。如图 4.2。 缸头钻孔夹具设计 15 图 4.2 钻孔加工示意图 无锡太湖学院学士学位论文 16 4.4.4 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 1、机床联系尺寸总图的作用于内容 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据的，并按初步选定的 主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它是用来表示机床的配置形式、 主要构成及各部件安装位置、互相联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验 各部件相对位置及尺寸联系能否满足要求和通用部件选择是否合适11；它为多轴箱、夹 具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占 地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。 机床联系尺寸总图表示的内容： （1）表明机床的配置形式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视 图应选择机床实际加工状态） ，用同一比例画出各主要部件的外轮廓形状和相关位置。表 明机床基本形式及操作者的位置等。 （2）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺 寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。 （3）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组 编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。 （4）标明机床验收标准及安装规格12。 2、绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 （1）选择动力部件 动力部件的选择主要是确定铣削头和动力滑台。 （2）确定机床装料高度 H （3）确定夹具轮廓尺寸 （4）确定中间底座尺寸 3、绘制机床联系尺寸总图的注意事项 机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。图中应画出机床各部件在长、宽、 高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸（动力部件起始位置画虚线） ； 画出动力部件的总行程和工作循环图；应注明通用部件的型号、规格和电动机型号、功 率及转速；对机床各组成部件标注分组编号。 当工件上加工部件对工件中心线部对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线的 偏移量。对机床单独安装的液压站和电气控制台等设备也应确定安装位置。绘制机床联 系尺寸总图时，各部件应严格按同一比例绘制，并仔细检查长、宽、高、三个坐标方向 的尺寸链均要封闭。 4、机床分组 为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划 分规定如下： 1）第 1019 组支撑部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底 座等组成。 缸头钻孔夹具设计 17 2）第 2029 组夹具及输送设备。夹具时组合机床主要的专用部件，常编制为 20 组，包括工件定位加紧及固定导向部分。对于一些独立性较强的活动钻模板、攻螺纹 模板、自动夹压机构、自动上下料装置等常单独编组13。移动工作台、回转台等输送设 备，如果属通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件型号即可，如果专用则 单独成组编号。 3）第 3039 组电气设备。电气设计常编为 30 组，包括原理图、连线图和安 装图等设计，专用操作台、控制柜等另编组号。 4）第 4049 组传